液晶彩电开关电源和DC_DC变换器电路分析

液晶彩电开关电源和 ＤＣ／ＤＣ变换器电路分析 电源电路是液晶彩电十分重要的电路组成部分，其主要作用是为液晶彩电提供稳定的直流电压。

电源电路对液晶彩电的影响很大，如果性能不良，会造成电路工作不稳定、黑屏、图像异常等故障。

而由于电源电路工作电压高、电流大，极易出现故障，因此，理解电源电路的工作过程和原理对日常维修具有重要意义。

第一节液晶彩电开关电源概述一、开关电源的基本工作原理 开关电源分为串联型开关电源和并联型开关电源，液晶彩电的开关电源电路采用的均是并联型开关电源，并联型开关电源如图４－１所示。

图４－２所示为并联型开关电源的基本原理图。

其中ＶＴ为开关管，Ｔ为开关变压器，ＶＤ为整流二极管，Ｃ为滤波电容，Ｒ为负载电阻。

脉动直流电压稳定直流电压图４－１并联型开关电源示意图 当激励脉冲为高电平时，ＶＴ饱和导通，则Ｔ的初级绕组的磁能因ＶＴ的集电极电流逐渐升高而增加。

由于次级绕组感应的电压的极性为上负、下正，所以整流管ＶＤ截止，电能便以磁能的形式储存在Ｔ中。

当ＶＴ截止期间，Ｔ各个绕组的脉冲电压反向，则次级绕组的电压变为上正、下负，整流管ＶＤ导通，Ｔ储存的能量经ＶＤ整流向Ｃ与负载释放，产生了直流电压，为负载电路提供供电电压。

图４－２并联型开关电源基本原理图 并联型开关电源是反激式开关电源，即开关管导通期间，整流管ＶＤ截止；在开关管ＶＴ截止期间，整流管ＶＤ导通，向负载提供能量。

所以，不但要求开关变压器Ｔ的电感量、滤波电容Ｃ的容量大，而且开关电源的内阻要大。

二、液晶彩电开关电源的形式 开关电源根据在液晶彩电中位置的不同，可分为外接和内接两种形式。

１．外接形式 所谓外接形式，是指开关电源安装在液晶彩电外部，这种开关电源一般称为电源适配器（Ａｄａｐｔｅｒ）。

电源适配器输出的直流电压一般为１２Ｖ，也有一些机型为１４Ｖ、１８Ｖ、２４Ｖ、２８Ｖ等。

电源适配器输出的直流电压通过插接口输入到液晶彩电内部的ＤＣ／ＤＣ变换器中，经ＤＣ／ＤＣ变换后，再产生整机小信号处理电路所需的５Ｖ、３．３Ｖ、２．５Ｖ、１．８Ｖ等几路电压。

这种供电方案主要应用在小屏幕液晶彩电中。

２．内接形式 所谓内接形式，是指在液晶彩电内部专设一块开关电源板（有些和高压逆变电路做在一起），安装在主板的旁边，开关电源可输出＋１２Ｖ、＋１８Ｖ、＋２４Ｖ、＋２８Ｖ等电压，输出的直流电压再加到ＤＣ／ＤＣ变换器中，产生整机小信号处理电路所需的５Ｖ、３．３Ｖ、２．５Ｖ等电压。

图４－３所示为某液晶彩电开关电源板在液晶彩电内部的位置示意图。

图４－４所示为开关电源和高压逆变电路一体板在液晶彩电内部的位置示意图。

图４－３ 开关电源板在液晶彩电内部的位置示意图图４－４开关电源和高压逆变电路一体板在液晶彩电内部的位置示意图第二节液晶彩电开关电源基本电路介绍 液晶彩电的开关电源均采用并联式，主要由交流抗干扰电路、整流滤波电路、功率因数校正电路（部分液晶彩电有此电路）、启动电路、振荡器／开关元件、稳压电路（脉冲调制电路）、保护电路和直流稳压输出电路等几部分构成。

一、交流抗干扰电路 交流抗干扰电路的作用是滤除市电电网中的高频干扰，以免市电电网中的高频干扰影响液晶彩电的正常工作，同时还可滤除开关电源产生的高频干扰，以免影响其他用电设备的正常工作。

常用交流抗干扰电路如图４－５所示。

图４－５常用交流抗干扰电路在图４－５（ａ）所示电路中，Ｌ１、Ｌ２是互感滤波器，Ｃ１、Ｃ２及Ｃ３、Ｃ４是高频滤波电容。

由于互感滤波器Ｌ１、Ｌ２在交流电流通过时，其磁芯中因产生的磁通方向相反而抵消，所以电感量较小，而对于交流电输入回路与地之间的共模呈现较大的电感量，可对共模干扰有效地吸收。

Ｃ１、Ｃ２用于滤除差模干扰。

Ｃ３、Ｃ４组成共模滤波器，滤除共模干扰。

图４－５（ｂ）所示电路仅为共模滤波电路。

图４－５（Ｃ）、图４－５（ｄ）所示电路中，除了未设置Ｃ３、Ｃ４组成的共模滤波器，其他与图４－５（ａ）所示电路相同。

二、整流电路 整流电路的作用是将交流电转换成３００Ｖ左右的直流电压。

液晶彩电电源电路中通常采用桥式整流方式，典型电路如图４－６所示。

电路中，ＶＤ１～ＶＤ４是全桥堆中的４只整流二极管，ｕｉ是输入的交流电压，ｕｏ是整流输出后的电压。

图４－６桥式整流电路 三、滤波电路 整流电路虽然可以把交流电变换为直流电，但负载上的直流电压却是脉动的，它的大小每时每刻都在变化着，不能满足电子电路和无线电装置对电源的要求。

整流后的脉动直流电压属于非正弦周期信号，可以把它分解为直流成分（它的平均值）和各种不同频率的正弦交流成分。

显然，为了得到波形平滑的直流电，应尽量降低输出电压中的交流成分，同时又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。

用于完成这一任务的电路称为滤波电路。

电容和电感都是基本的滤波元件，利用它们在二极管导通时储存一部分能量，然后再逐渐释放出来，从而得到比较平滑的波形。

在液晶彩电开关电源中，滤波电路主要采用以下几种形式。

（１）电容器滤波 电容器滤波主要应用在开关变压器初级电路中，用以产生３００Ｖ直流电压。

电容器滤波电路如图４－７所示。

液晶彩电中，３００Ｖ电源的滤波电容的容量一般较大，通常采用１００～２２０ｕＦ／４００Ｖ电容。

该电容在通电瞬间的充电电流较大，对保险管、整流管有一定危害，所以需要通过设置限流电阻对冲击电流进行限制。

液晶彩电开关电源的限流电阻多采用负温度系数（ＮＴＣ）的热敏电阻，其特点是在工作温度范围内电阻值随温度的升高而降低，即在冷态阻 图４－７电容器滤波电路值较大，在热态阻值较小，这样在开机瞬间，电容器的充电电流便受到ＮＴＣ电阻的限制。

在１４～６０ｓ之后，ＮＴＣ元件升温相对稳定，其上的分压也逐步降至零点几伏，这样小的压降，可视此种元件在完成软启动功能后为短接状态，不会影响电源的正常工作。

（２）ＬＣ滤波电路 ＬＣ滤波电路主要应用在开关电源次级输出电路和二次电源输出电路中，典型电路如图４－８所示。

（３）π型ＬＣ滤波电路 在ＬＣ滤波电路的基础上再加上一个电容，就组成了一节π型ＬＣ滤波电路，如图４－９所示。

π型ＬＣ滤波电路广泛应用在开关电源次级输出电路中。

图４－８　ＬＣ滤波电路四、功率因数校正（ＰＦＣ）电路图４－９　π型ＬＣ滤波电路 早期的大多数液晶彩电的开关电源输入电路普遍都采用带有大容量滤波电容器的全桥整流变换电路，而没有加ＰＦＣ电路。

这种电路的缺点是：开关电源输入级整流和大滤波电容产生的严重谐波电流危害电网正常工作，使输电线上的损耗增加，功率因数较低，浪费电能。

加入ＰＦＣ电路，可以通过适当的控制电路，不断调节输入电流波形，使其逼近正弦波，并与输入电网电压保持同相，因此，可使功率因数大大提高，减小了电网负荷，提高了输出功率，并明显降低了开关电源对电网的影响。

为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。

最简单的方法是在电感负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。

ＰＦＣ方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数，迫使ＡＣ线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。

长期以来，开关型电源都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现ＡＣ／ＤＣ变换的。

由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。

滤波电容上电压的最小值与其最大值（纹波峰值）相差并不多。

根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在ＡＣ线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通；而当ＡＣ输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。

也就是说，在ＡＣ线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通（导通角约为７０°）。

虽然ＡＣ输入电压仍大体保持正弦波波形，但ＡＣ输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图４－１０所示。

这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成分，引起线路功率因数严重下降。

为提高线路功率因数，抑制电流波形失真，必须采用ＰＦＣ措施。

ＰＦＣ分无源和有源两种类型，目前流行的是有源ＰＦＣ技术。

有源ＰＦＣ电路一般由一片功率控制ＩＣ为核图４－１０未加功率因数校正电路时 输入电流与电压的波形心构成，它被置于桥式整流器和一只高压输出电容之间，也称作有源ＰＦＣ变换器。

有源ＰＦＣ变换器一般采用升压形式，主要是在输出功率一定时，有较小的输出电流，从而可减小输出电容器的容量和体积，同时也可减小升压电感元件的绕组线径。

有源ＰＦＣ电路的基本结构与效果如图４－１１所示。

（ａ）未使用ＰＦＣ电路时的容性输入滤波器波形 （ｂ）使用ＰＦＣ电路后的波形 图４－１１ 有源ＰＦＣ电路的基本结构与效果五、启动电路和振荡器／开关元件 为了使开关元件（开关管）工作在饱和、截止的开关状态，必须有一个激励脉冲作用到开关管的基极，液晶彩电一般采用他激式电源，这个激励脉冲一般由专门的振荡器产生，而振荡器的工作电压则由启动电路来提供。

在开关管饱和期间，要求振荡电路能为开关管提供足够大的基极电流，否则，开关管会因开启损耗大而损坏。

在开关管由饱和转向截止时，基极必须加反向电压，形成足够的基极反向抽出电流，使开关管迅速截止，减小关断损耗给开关管带来的危害。

六、稳压电路 为了使开关电源的输出电压不因市电电压、负载电流的变化而发生变化，必须通过稳压控制电路来对开关管的导通时间进行控制，达到稳定输出电压的目的。

稳压电路主要由误差取样、稳压控制电路构成。

（１）误差取样电路 液晶彩电的误差取样电路主要有直接取样和间接取样电路两种。

——间接取样电路 间接取样电路的特点是在开关变压器上专设一个取样绕组，由于取样绕组和次级绕组采用紧耦合结构，所以，取样绕组被感应的脉冲电压的高低就间接地反映了输出电压的高低，因此，这种取样方式称为间接取样方式。

这种取样方式的缺点是稳压瞬间响应差，当输出电压因市电电压等原因发生变化时，须经开关变压器的耦合才能反映到取样绕组，不但响应速度慢，而且不便于空载检修。

检修时，一般应在主电源输出端接假负载。

——直接取样电路 顾名思义，直接取样电路的取样电压直接取自开关电源的主电源输出端，通过光耦合器再反馈到电源电路的脉宽或频率调节电路。

直接取样电路具有安全性能好、稳压反映速度快、瞬间响应时间短等优点，在液晶彩电的电源电路中得到了广泛的应用。

（２）稳压控制电路 稳压控制电路的主要作用是，在误差取样电路的作用下，通过控制开关管激励脉冲的宽度或周期，控制开关管导通时间的长短，使输出电压趋于稳定。

七、保护电路 开关电源的许多元件都工作在大电压、大电流条件下，为了保证开关电源及负载电路的安全，开关电源设置了许多保护电路。

（１）尖峰吸收回路 由于开关变压器是感性元件，所以，在开关管截止瞬间，其集电极上将产生尖峰极高的反峰值电压，容易导致开关管过压损坏，为此，开关电源大都设置了如图４－１２所示的尖峰吸收回路。